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《礦業裝備雜志》2014年第八期

一、煤礦隔水關鍵層結構特性及作用

鑒于以上幾類容易造成煤礦水害的潛在危險，保水采煤就成為了煤礦生產中的迫切需求。經過研究和實踐證明，隔水關鍵層模型在煤礦保水采煤中具有實效作用。隔水關鍵層的基本原理可簡述如下：由于煤系地層具有明顯的分層特性，各層之間的承載力和抗滲流能力都存在差異。水源和礦井之間存在著若干隔離層，水最終需要穿透的那部分巖層或最終被阻隔住的巖層即為隔水關鍵層。水突破隔水關鍵層的主要途徑有兩個：一是地質構造中的天然通道，二是采動裂隙貫通。二者之一滿足條件都可能形成突水通道而造成突水事故。因此從隔水關鍵層的結構可知，保護隔水關鍵層的完整性，避免采動破壞、控制該層中不形成突水通道，是避免突水事故的關鍵因素。從地質勘測的角度上看，應用隔水關鍵層原理來避免突水事故的步驟應當是首先通過地質勘探確定隔水關鍵層的準確位置；在找到隔水關鍵層后，需要進一步判定其穩定性，這一步的工作往往是最困難的。當檢測到隔水關鍵層中存在滲流突變通道時，需要采取必要的注漿、加固甚至改造的輔助措施來降低突水事件發生的可能性。由此可見，地質條件的準確勘測是煤礦防水治水的關鍵前提。

二、煤礦實施防治水害技術措施舉例

1礦井水文地質條件概況

山西某煤礦井田內廣為第四系黃土覆蓋，主要分布于中西部的山梁及溝谷地段，地層主要為二疊系統石盒子組地層。井田內發育地層由老到新的順序為奧陶系（O2）、石炭系（C）、二疊系（P）、第三系（N）、第四系（Q）。井田主要含煤地層為上石炭統太原組和下二疊統山西組。含煤地層總厚度為134.85m，共含煤層13層，其中可采煤層7層。煤層總厚12.62m，含煤系數9.3%。可采煤層是1、2、6、7、9、10及11號煤層。大多數煤層都較為穩定，不穩定煤層是6號和7號煤層。這兩個煤層的特點是：（1）6號煤層位于太原組上段下部，上距2號煤層平均間距33.16m。煤層厚度0~2.20m，平均0.89m，一般不含夾矸，個別段孔含一層夾矸，結構簡單，大部分在可采厚度以上；西部及中部有變薄、尖滅現象，屬不穩定的全井田局部可采煤層。頂板為黑色泥巖，局部為粉砂巖，厚3.11~12.5m；底板為灰黑色泥巖，下部為夾粉砂巖，厚2.5~11.5m；（2）7號煤層位于太原組中段中部K3與K4石灰巖之間，上距6號煤層平均間距29.46m。煤層厚度0~1.35m，平均厚度為0.68m，個別段含一層夾矸，結構簡單，中、東部局部尖滅，屬不穩定的全井田局部可采煤層。頂板為粉砂巖及泥巖，厚1.2~12.5m；底板為粘土質泥巖，局部為粉砂巖，厚0.5~14.5m。

2巷道掘進階段防治水害方案

依據隔水關鍵層的基本結構特點，避免突水事故的重要環節是避免遭遇突水通道。在巷道掘進階段，應當對掘進前方可能存在的導水構造進行嚴格檢查，遵循掘進之前先探測，物探先于鉆探的原則。在巷道掘進防水治水工作中包含超前探測、鉆探驗證異常體治理等內容。其中超前探測為實現圈定可能存在異常的地質體，采用直流電法、音頻電穿透法等綜合評判，增加探測的可靠性。對于需要進行鉆探驗證的前方區域，布置傾角在-10°~-20°之間、數量不低于2個、鉆孔探查距離不低于30m的探查孔。對于孔口治水套管的長度，根據煤礦防治水害規定的有關條款來實施。一旦確定了異常體及突水潛在風險源，則應嚴格遵守有關規定，采用超前預注漿加固后再行掘進。

3工作面回采前防治水害方案

當采煤工作面已經形成，在回采之前需要對工作面影響范圍內的裂隙、薄弱地帶、以及富水區進行必要的探測工作，必要時輔以鉆探驗證，以確定具體異常范圍。對于已經確定的導水構造等潛在突水風險的區域，必須按照規定進行局部注漿加固，并事后檢驗加固強度是否滿足要求。判斷依據是巷道底板厚度、底板隔水層的抗拉強度等。當實際隔水層厚度超過安全隔水層厚度并有足夠富余時，才能考慮繼續掘進。如果資料不足，也可采取較為簡單的突水系數法來計算。

4工作面回采過程中防治水害方案

從奧灰含水層突水機理可見（主要是形成緩慢，但又往往爆發突然），工作面回采過程中的水情監測（水位、水溫等）顯得十分必要，在奧灰含水層和開采層之間布置監測點具有重要意義。這一過程中的關鍵問題是選擇合適的監測層。其基本思路是選擇一個和奧灰含水層在水位、水質等存在較大差異的含水層作為監測層，把奧灰含水層作為目標層，實現對目標層的間接監測。煤礦的防水治水是煤礦生產中的關鍵問題之一。由于各個煤礦地質構造不相同，因地制宜地采取防治水害措施就特別重要。在對礦區地質構造已進行較為詳盡的勘測基礎上，必要的超前探測、設置監測層和必要時注漿加固是煤礦防治水害的主要途徑；尤其是對監測層的合理設置值得深入研究，以達安全有效。

作者：申巧君單位：霍州煤電集團有限責任公司團柏煤礦地測科